Nhà hóa học Fritz Haber, người đoạt Giải Nobel Hóa học năm 1918, từng tiến hành chương trình nghiên cứu quy mô lớn nhằm khai thác vàng từ nước biển sau Thế chiến I.

Đại dương - kho vàng lớn nhất hành tinh?

Nhà văn khoa học viễn tưởng nổi tiếng Arthur C. Clarke từng nói: “Tại sao lại gọi hành tinh này là Trái đất khi rõ ràng nó là Đại dương?”. Quả thật, hơn 70% bề mặt hành tinh được bao phủ bởi nước biển. Và điều ít người biết là trong khối nước khổng lồ ấy cũng tồn tại một lượng vàng đáng kinh ngạc.

Theo Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia Mỹ (NOAA), vàng hiện diện trong nước biển ở dạng các ion hòa tan với nồng độ cực thấp, chỉ khoảng vài phần tỷ tỷ. Nói cách khác, trong hàng trăm triệu tấn nước biển mới có thể tìm thấy vài gram vàng.

Nếu xét ở quy mô một xô nước hay thậm chí một con tàu chở đầy nước biển, lượng vàng này gần như không đáng kể. Nhưng khi mở rộng ra toàn bộ các đại dương trên Trái đất - nơi chứa khoảng 1,3 tỷ km³ nước - câu chuyện trở nên hoàn toàn khác.

Nhiều ước tính phổ biến trong giới hải dương học cho rằng, tổng lượng vàng hòa tan trong các đại dương có thể lên tới khoảng 20 triệu tấn. Con số này lớn gấp hàng chục lần lượng vàng mà nhân loại đã khai thác được trong suốt lịch sử văn minh. Để hình dung rõ hơn quy mô của con số này, Hội đồng Vàng Thế giới (WGC) ước tính toàn bộ lượng vàng mà nhân loại từng khai thác trong lịch sử hiện vào khoảng hơn 216.000 tấn. Điều đó có nghĩa là nếu các ước tính về 20 triệu tấn vàng trong nước biển là chính xác, lượng vàng hòa tan trong các đại dương có thể lớn gấp hơn 90 lần toàn bộ số vàng mà con người đã đưa lên khỏi lòng đất trong hàng nghìn năm qua.

Đây là một nghịch lý đặc biệt của thế giới kim loại quý: kho vàng lớn nhất hành tinh có thể không nằm trong các mỏ sâu dưới lòng đất, mà đang phân tán trong chính các đại dương bao phủ hơn 70% bề mặt Trái đất. Nếu quy đổi theo giá vàng hiện nay, giá trị lý thuyết của "kho vàng lỏng" này có thể lên tới hàng chục nghìn tỷ USD.

Chúng ta biết vàng tồn tại trong từng khối nước biển và biết rằng tổng trữ lượng của nó có thể vượt xa nhiều mỏ vàng trên đất liền cộng lại. Thế nhưng sau hơn một thế kỷ nghiên cứu, chưa ai tìm được cách khai thác lượng vàng ấy với chi phí thấp hơn giá trị của chính nó.

Vấn đề lớn nhất của vàng trong nước biển không phải là con người không tìm thấy nó. Ngược lại, các nhà khoa học biết khá rõ vàng đang hiện diện trong các đại dương. Điều khiến họ đau đầu nằm ở chỗ lượng vàng ấy quá loãng trong khối lượng nước khổng lồ.

Theo các nghiên cứu của NOAA, trung bình phải xử lý tới hàng chục triệu tấn nước biển mới có thể thu được một lượng vàng đáng kể về mặt thương mại. Nói cách khác, vàng hiện diện ở khắp nơi nhưng lại phân tán đến mức “gần như vô hình”.

Nếu ví đại dương là một bãi biển khổng lồ, thì việc tìm vàng trong nước biển giống như cố gắng tìm một hạt cát vàng giữa hàng tỷ tỷ hạt cát khác. Về mặt khoa học, người ta biết hạt vàng ấy tồn tại. Nhưng về mặt kinh tế, chi phí để tìm và tách nó ra thường lớn hơn rất nhiều giá trị mà nó mang lại.

Đây chính là nghịch lý lớn nhất của "mỏ vàng đại dương". Con người đang đứng trước một kho tài nguyên khổng lồ nhưng gần như không thể khai thác bằng các công nghệ hiện có. Tuy nhiên, cũng giống như nhiều câu chuyện khác trong lịch sử vàng bạc, chỉ cần xuất hiện một lời hứa đủ hấp dẫn, luôn có người sẵn sàng tin rằng mình đã tìm ra con đường làm giàu.

Kẻ lừa đảo và giấc mơ làm giàu từ biển

Cuối thế kỷ XIX, nước Mỹ từng chứng kiến một trong những vụ lừa đảo nổi tiếng nhất liên quan tới vàng trong nước biển.

Nhân vật chính là Prescott Jernegan - một mục sư kiêm doanh nhân người Mỹ. Jernegan tuyên bố đã phát minh được một thiết bị có khả năng sử dụng điện để tách vàng khỏi nước biển. Theo lời quảng bá của ông, chỉ cần đặt các "bộ thu vàng" xuống đại dương, vàng sẽ dần tích tụ và có thể được thu hồi với chi phí rất thấp.

Ý tưởng ấy nhanh chóng thu hút sự chú ý của giới đầu tư. Thời điểm đó, hiểu biết khoa học về thành phần hóa học của nước biển vẫn còn hạn chế. Viễn cảnh khai thác một kho vàng gần như vô tận ngoài đại dương khiến nhiều người tin rằng họ đang đứng trước cơ hội làm giàu lớn nhất thế kỷ.

Hàng trăm nghìn USD - một số tiền khổng lồ vào thời bấy giờ - đã được đổ vào dự án. Các cuộc trình diễn được tổ chức, những mẫu vàng được đưa ra làm bằng chứng và nhiều nhà đầu tư bị thuyết phục rằng công nghệ của Jernegan thực sự hoạt động.

Nhưng tất cả chỉ là một màn kịch được dàn dựng khéo léo.

Các cuộc điều tra sau đó cho thấy lượng vàng "thu được" thực chất đã được đưa vào thiết bị từ trước. Không hề tồn tại công nghệ kỳ diệu nào có thể hút vàng từ nước biển như những gì Jernegan tuyên bố. Khi sự thật bị phanh phui, ông ta biến mất cùng phần lớn số tiền của các nhà đầu tư.

Dù kết thúc bằng một vụ lừa đảo, câu chuyện của Prescott Jernegan phản ánh một thực tế thú vị: từ rất lâu trước khi khoa học hiện đại vào cuộc, ý tưởng về việc khai thác vàng từ đại dương đã đủ sức kích thích trí tưởng tượng và lòng tham của con người. Và đó mới chỉ là chương đầu tiên trong hành trình săn tìm "kho vàng lỏng" của nhân loại.

Các nhà khoa học phải phân tích hàng nghìn mẫu nước biển để xác định nồng độ vàng hòa tan, vốn chỉ tồn tại ở mức cực thấp.

Khi một nhà khoa học đoạt giải Nobel cũng thất bại

Nếu Prescott Jernegan đại diện cho những giấc mơ làm giàu dựa trên sự cả tin của nhà đầu tư, thì câu chuyện của Fritz Haber lại là minh chứng cho nỗ lực nghiêm túc nhất mà khoa học từng thực hiện nhằm khai thác vàng từ nước biển.

Fritz Haber không phải một nhà đầu cơ hay một kẻ lừa đảo. Ông là một trong những nhà hóa học vĩ đại nhất đầu thế kỷ XX và là người được trao Giải Nobel Hóa học năm 1918 nhờ phát minh quy trình Haber-Bosch - công nghệ tổng hợp amoniac từ nitơ trong không khí, đặt nền móng cho ngành sản xuất phân bón hiện đại và góp phần nuôi sống hàng tỷ người trên thế giới.

Sau Thế chiến I, nước Đức rơi vào cuộc khủng hoảng kinh tế nghiêm trọng. Theo Hiệp ước Versailles, Berlin phải gánh những khoản bồi thường chiến tranh khổng lồ mà nhiều người khi đó cho rằng gần như không thể chi trả.

Trong bối cảnh ấy, Haber bắt đầu hướng sự chú ý tới đại dương.

Nếu các ước tính thời đó là đúng và nước biển thực sự chứa lượng vàng khổng lồ, thì việc khai thác được nguồn tài nguyên này có thể mang lại một lối thoát cho nền kinh tế Đức. Ý tưởng ấy không chỉ hấp dẫn về mặt khoa học mà còn mang ý nghĩa quốc gia.

Haber cùng các cộng sự đã thực hiện hàng loạt chuyến khảo sát trên Đại Tây Dương. Hàng nghìn mẫu nước biển được thu thập và phân tích bằng những phương pháp hóa học tiên tiến nhất lúc bấy giờ. Đây có lẽ là chương trình nghiên cứu về vàng trong nước biển quy mô lớn nhất từng được tiến hành.

Kết quả cuối cùng lại vô cùng phũ phàng.

Các phép đo cho thấy nồng độ vàng trong nước biển thấp hơn rất nhiều so với những giả định trước đó. Trong một số mẫu, hàm lượng vàng chỉ ở mức vài phần tỷ tỷ, thấp đến mức chi phí tách chiết chắc chắn sẽ vượt xa giá trị lượng vàng thu được.

Sau nhiều năm nghiên cứu, Haber buộc phải thừa nhận thất bại. Năm 1927, ông chính thức từ bỏ dự án.

Đó không chỉ là thất bại của một ý tưởng khai khoáng. Ở một góc độ nào đó, đây còn là thời điểm khoa học hiện đại đưa ra câu trả lời rõ ràng nhất cho câu hỏi đã ám ảnh nhân loại suốt nhiều thập niên: vàng trong nước biển là có thật, nhưng quá loãng để trở thành một nguồn tài nguyên khả thi về mặt kinh tế.

Công nghệ hiện đại có thay đổi được điều gì?

Gần một thế kỷ sau thất bại của Fritz Haber, câu hỏi cũ vẫn chưa biến mất hoàn toàn.

Sự phát triển của công nghệ nano, khoa học vật liệu và công nghệ môi trường đã khiến nhiều nhà nghiên cứu đặt lại vấn đề: liệu những giới hạn kỹ thuật từng khiến Haber thất bại có thể bị vượt qua trong tương lai?

Trong những năm gần đây, nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới đã thử nghiệm các loại vật liệu hấp phụ có khả năng "bắt giữ" ion vàng trong nước với hiệu suất cao hơn trước đây. Một số nghiên cứu sử dụng vật liệu nano có cấu trúc xốp đặc biệt nhằm tăng diện tích tiếp xúc giữa bộ lọc và nước biển. Các nhóm khác lại tìm cách sử dụng vi khuẩn hoặc vi sinh vật có khả năng liên kết với các ion kim loại quý để thu hồi vàng.

Một hướng nghiên cứu đầy triển vọng khác là vật liệu khung hữu cơ kim loại (Metal-Organic Framework - MOF). Nhờ cấu trúc siêu xốp và khả năng "thiết kế" ở cấp độ phân tử, các vật liệu này có thể chọn lọc hấp phụ một số ion kim loại nhất định, trong đó có vàng.

Bên cạnh đó, một số nhà khoa học đề xuất kết hợp quá trình thu hồi vàng với các nhà máy khử mặn nước biển hoặc các hệ thống xử lý nước quy mô lớn. Về lý thuyết, nếu nước biển đã phải đi qua các công đoạn lọc để sản xuất nước ngọt, việc thu hồi thêm các nguyên tố có giá trị có thể giúp cải thiện hiệu quả kinh tế của toàn bộ hệ thống.

Tuy nhiên, khoảng cách giữa phòng thí nghiệm và thực tế vẫn còn rất lớn.

Các công nghệ mới có thể nâng cao hiệu suất hấp phụ vàng, nhưng chúng không làm thay đổi thực tế cơ bản: nồng độ vàng trong nước biển vẫn cực kỳ thấp. Muốn thu được một lượng vàng đáng kể, người ta vẫn phải xử lý khối lượng nước khổng lồ, tiêu tốn năng lượng, vật liệu và chi phí vận hành rất lớn.

Đó là lý do cho đến nay, dù khoa học đã tiến xa hơn rất nhiều so với thời Fritz Haber, thế giới vẫn chưa có bất kỳ hệ thống thương mại nào đủ khả năng khai thác vàng từ nước biển với hiệu quả kinh tế thực sự.

Nói cách khác, công nghệ hiện đại có thể giúp con người tiến gần hơn tới giấc mơ ấy, nhưng vẫn chưa thể biến giấc mơ thành hiện thực. Và kho vàng khổng lồ đang hòa tan trong các đại dương của Trái đất vẫn tiếp tục nằm ngoài tầm với của nhân loại.

Hình ảnh vàng ở cấp độ vi mô dưới kính hiển vi điện tử. Nguồn: Lehigh University

Vì sao bài toán vẫn chưa có lời giải?

Nếu nhìn từ góc độ địa chất hay hóa học, vàng trong nước biển không còn là bí ẩn. Các nhà khoa học đã chứng minh sự hiện diện của nó từ lâu và thậm chí có thể đo được nồng độ vàng trong nhiều khu vực đại dương khác nhau.

Vấn đề nằm ở kinh tế. Nói một cách đơn giản, chi phí để thu hồi vàng hiện nay vẫn cao hơn rất nhiều so với giá trị lượng vàng thu được.

Theo NOAA, vàng thực sự tồn tại trong nước biển, nhưng đến nay vẫn chưa có phương pháp nào đủ khả năng khai thác chúng một cách hiệu quả về mặt kinh tế. Dù công nghệ hấp phụ, vật liệu nano hay các hệ thống lọc tiên tiến liên tục phát triển, chúng vẫn phải đối mặt với cùng một rào cản mà Fritz Haber từng gặp cách đây gần một thế kỷ: vàng quá loãng.

Trên đất liền, các công ty khai khoáng phải bỏ ra hàng tỷ USD để tìm kiếm những mỏ vàng có hàm lượng chỉ vài gram trên mỗi tấn quặng. Trong khi đó, dưới các đại dương, một lượng vàng khổng lồ đang hiện diện ngay trước mắt, nhưng lại phân tán đến mức gần như không thể thu gom.

Chính vì vậy, thay vì tiếp tục theo đuổi việc lọc vàng từ nước biển, phần lớn các chương trình nghiên cứu biển sâu hiện nay đã chuyển hướng sang một mục tiêu thực tế hơn nhiều: tìm kiếm các nguồn khoáng sản tập trung dưới đáy đại dương. Có lẽ điều hấp dẫn nhất của vàng trong nước biển không nằm ở giá trị kinh tế. Nó nhắc chúng ta rằng hành trình tìm kiếm kim loại quý của con người chưa bao giờ dừng lại.

Từ những hạt vàng sa khoáng trong lòng suối được phát hiện bằng mắt thường, tới các mỏ sâu hàng kilomet dưới lòng đất được xác định bằng địa vật lý hiện đại; từ những kho báu nằm trong xác tàu đắm dưới đáy đại dương tới các kế hoạch khai thác tài nguyên trên các tiểu hành tinh, mỗi thời đại đều có "cơn sốt vàng" của riêng mình.

Nhìn dưới góc độ ấy, vàng trong nước biển không chỉ là một câu chuyện về hóa học hay khai khoáng. Nó là biểu tượng cho khát vọng không ngừng của con người trong việc tìm kiếm những nguồn tài nguyên mới và mở rộng các giới hạn của hiểu biết khoa học.

Và trong số những bí mật ấy, vàng hòa tan trong nước biển có lẽ là một trong những câu chuyện kỳ lạ nhất. Đó là một kho báu khổng lồ mà nhân loại biết chắc chắn nó tồn tại, có thể tính toán được quy mô, nhưng cho đến nay vẫn chưa thể chạm tay tới.

Thiên Hương